甘肅高臺駱駝城遺址區(qū)水患治理歷史與現(xiàn)狀

張虎元 朱飛 寇克紅 梁楨

內(nèi)容摘要：甘肅高臺駱駝城遺址區(qū)分布有許三灣城及墓群和駱駝城遺址及墓群等國家級文物保護單位，坐落于祁連山前沖洪積傾斜平原地帶，長期遭受季節(jié)性洪水災害、沖溝侵蝕和地面積水等嚴重威脅。本文以許三灣城及墓群和駱駝城遺址作為重點研究對象，現(xiàn)場調(diào)查遺址保存現(xiàn)狀，分析區(qū)域環(huán)境與遺址區(qū)洪水災害的關系，總結工程性防洪措施的歷史智慧。洪水治理工程措施以“防”和“導”為主要方略，包括漢魏晉時期的五道梁防洪壩、許三灣城及墓群南部平行于等高線修建的防洪堤與排洪溝、建國后駱駝城遺址周圍區(qū)域的防洪堤壩等。針對駱駝城遺址依然存在的水患問題，提出了工程治理方案，主要包括沖溝回填和城內(nèi)積水整治，期望提升該遺址的整體保護水平。

關鍵詞：遺址保護;駱駝城遺址;防洪工程;水患治理

中圖分類號：K854.3? 文獻標識碼：A? 文章編號：1000-4106（2019）01-0133-08

1 引 言

中國古代高度重視城內(nèi)外的防洪問題[1]，例如，城市的整體結構設計為四面圍繞城垣，并加以修筑護城河與護城堤壩。自春秋戰(zhàn)國時期以后，城池開始將軍事防御功能和防洪合為一體[2]。采用大型防洪工程保護絲綢之路上的商貿(mào)城市及大型墓葬群，在實際調(diào)查資料中并不多見。

駱駝城遺址區(qū)地處古代絲綢之路的河西走廊中間地帶，主要包括許三灣城及墓群和駱駝城遺址及墓群。目前，針對西北干旱地區(qū)土建筑遺址的研究大多以病害特征[3]及加固保護技術方面[4]為主，對西北地區(qū)土遺址區(qū)域內(nèi)的水患和防洪方面卻研究甚少。駱駝城遺址區(qū)雖然處于西北的干旱半干旱地區(qū)，降水較少，但是其坐落于祁連山山前的沖洪積扇區(qū)域，黑河綠洲的邊緣，特殊的地理位置使得暴雨造成的季節(jié)性洪水對遺址區(qū)造成了較大的威脅。查閱歷史記錄發(fā)現(xiàn)，遺址區(qū)從古至今一直存在著水患問題，主要包括洪水災害、沖溝侵蝕和地面積水等，同時，人們面對嚴重的洪水問題一直做著不懈的努力。

本文以許三灣城及墓群和駱駝城遺址為研究對象，整理歷史記錄，分析遺址區(qū)的洪水災害與區(qū)域環(huán)境的關系，說明歷史上的防洪措施的合理性。在現(xiàn)場調(diào)查的基礎上，提出駱駝城遺址水患治理的初步設計方案，為遺址防洪治理提供借鑒。

2 遺址價值與保存現(xiàn)狀

2.1 駱駝城遺址及墓群

駱駝城遺址及墓群坐落于甘肅省高臺縣西部（圖1），分布格局展現(xiàn)出中心為古城、周圍為墓葬群的特點，遺存內(nèi)容包括駱駝城遺址、駱駝城南墓群、駱駝城西南夯土臺式墓群和五座窯遺址，如表1所示。駱駝城遺址在漢代是酒泉郡表是縣地，唐代時此處設立了建康郡[5]。駱駝城遺址及墓群是全國重點文物保護單位，是河西地區(qū)歷史文化資源分布的密集地帶，對研究漢唐時期地方歷史具有較高的科學價值。

駱駝城遺址地處戈壁沙漠地帶，土遺址病害主要有城墻表層風蝕、雨蝕、基礎掏蝕凹進、裂隙等。2008年4月，駱駝城遺址進行搶險加固工程，對墻體表面進行了防風化加固、墻體掏蝕加固、裂隙加固等，搶救已經(jīng)瀕臨危險的文物本體，使文物本體得到了有效的保護。駱駝城遺址仍受洪水的潛在威脅，因駱駝城位于山水河西岸，暴雨季節(jié)猛漲的河水對遺址造成嚴重的沖刷，且長期沖刷侵蝕使駱駝城內(nèi)外形成了數(shù)條沖溝，威脅著遺址的安全。

2.2 許三灣城及墓群

許三灣城及墓群包括墓葬群、農(nóng)耕區(qū)、烽燧、防護工程等遺址，屬漢、魏晉時期，為全國重點文物保護單位。許三灣墓群主要分布在許三灣城的周圍，包括西南墓群、東墓群、北墓群、五道梁墓群，如表2所示，分布格局與駱駝城遺址及墓群相似，具有古城周圍圍繞墓葬群的特點。許三灣城是西北地區(qū)現(xiàn)存漢唐時期的古文化遺址，遺址保存完整，結構緊湊、堅固，是河西地區(qū)典型的古代軍事防戍城池，為探索河西區(qū)域古代絲綢之路的歷史提供了重要的實物資料。

許三灣城處于惡劣自然條件下，加之夯土原料自身薄弱，經(jīng)過長時間的風沙影響遭到嚴重的損壞。20世紀90年代，移民開始進入遺址區(qū)墾荒，這對遺址與墓群造成了后續(xù)的破壞。2010年起，對許三灣城本體進行了保護加固工作。

3 區(qū)域環(huán)境與洪水災害

3.1 區(qū)域地質(zhì)與地形地貌

駱駝城遺址區(qū)位于祁連山山前沖洪積傾斜平原的中下游地帶，坐落在沙漠礫石平原與細土平原的過渡帶上，南臨祁連山北麓榆木山，北接黑河綠洲邊緣及沙漠，如圖2所示。地勢南高北低，愈向北坡度愈小，地勢開闊，河床寬淺，呈漫流形式。

榆木山山前地帶，以擺浪河為主的許多河溝開始下切平原，并最終于遺址區(qū)的西北方向匯集后流入黑河[6]。駱駝城遺址區(qū)南部為戈壁礫石平原，地表覆蓋0.5m左右砂壤土，以粉土為主，一般干燥、硬塑，下伏巨厚層的第四紀砂卵礫石層;駱駝城遺址區(qū)內(nèi)及其北部分布第四系沖洪積粉質(zhì)黏土夾薄砂層，由南向北逐步增厚，普遍厚度3—15m不等，深部為第四系砂卵礫石地層;河兩岸及河床中分布第四紀沖洪積粉質(zhì)黏土夾礫砂層，抗沖刷能力較差。因此，當祁連山山洪暴發(fā)，由南至北沖刷時，洪水中會帶有較多的泥沙，造成的破壞將使得洪水攜帶的泥沙淤積在綠洲上，使耕地荒蕪，導致土地的沙漠化。

3.2 氣象與水文

駱駝城遺址所在高臺縣，氣候為溫帶內(nèi)陸干旱型，夏季炎熱干燥，春季大風頻發(fā)，冬季干燥寒冷，全年無霜期大約150天，多年統(tǒng)計的平均降雨量約103mm，平均蒸發(fā)量約1923mm，年平均氣溫約7.4℃;全年最高氣溫在7月份，月平均氣溫在22℃以上，最低氣溫在1月，月平均氣溫在-9.7℃[7]。

遺址區(qū)域地表水的時間空間特點大部分取決于祁連山地區(qū)冰雪融水的時間空間分配、大氣降水、垂直分帶性與下墊面情況等。河川徑流補給大部分來自大氣降水，其次是冰川融水與地下水。河流經(jīng)過祁連山以后進入平原地區(qū)，以人類活動的作用為主，徑流在全年的分布發(fā)生了很大的變動。全年內(nèi)的降水量與徑流量分配非常不均勻，6月至9月為集中降雨季節(jié)，同時是徑流高峰時間，而祁連山洪水大部分由暴雨產(chǎn)生，所以洪水通常出現(xiàn)在6月至9月，洪水歷時較短，強度大，匯流面積廣，洪水過程陡漲陡落，常發(fā)生洪澇災害。

3.3 歷史洪水災害

從表3可以看出，高臺縣城自古以來便有洪水災害，波及范圍較大，發(fā)生次數(shù)較為頻繁。城址及墓群保護區(qū)的洪水威脅大部分來自南部的祁連山地區(qū)。集中降水會導致祁連山洪水暴發(fā)，山洪暴發(fā)時改道下瀉，洪水由南至北沖刷，保護區(qū)南面沖溝較多，沖溝平時無水，所經(jīng)地段均為坡積洪積物，上游沖溝深而寬，下游洪水發(fā)散，沖溝數(shù)量增多，同時沖溝明顯變淺、變窄。汛期溝道洪水影響城址及墓群保護區(qū)的安全。

現(xiàn)代工程建設的蘭新鐵路（1952年）及蘭新復線（1992年）、蘭新快鐵（2009年）、312國道（1981年）和連霍高速公路（2013年）從保護區(qū)南面通過，如表4所示。這些線性工程對原來分散的小股洪水不同程度地合并，使得汛期洪水更加集中于涵洞處，一定程度上加劇了洪水對保護區(qū)的破壞。而駱駝城遺址區(qū)位于祁連山支脈榆木山的北部，當山洪暴發(fā)時，洪水沿沖溝穿過現(xiàn)代工程建筑體后，就進入駱駝城遺址區(qū)，現(xiàn)場觀察可發(fā)現(xiàn)洪水經(jīng)過處的遺址墓葬受到了一定程度的破壞。由于城址及墓群保護區(qū)地勢較低，常受到洪水的威脅，一旦發(fā)生暴雨洪水，遺址區(qū)域便成為首當其沖的受災區(qū)，威脅遺址安全。

4 防洪體系

駱駝城遺址區(qū)處在黑河綠洲的邊緣地帶，特殊的地形地貌決定了駱駝城遺址區(qū)自古以來就受到洪水的威脅。漢晉以來，遺址區(qū)的防洪體系建設就已經(jīng)開始。

古代指引城市防洪設計的要領可分為六個方面：防、導、高、蓄、遷、堅[2]。駱駝城遺址區(qū)的防洪歷史中，主要采用“防”和“導”兩種方式來防治洪水災害。其中，“防”就是障水，即用修筑壩堤的方式阻擋洪水，使城外來的洪水不能沖入城址內(nèi)，以保證城中的安全。第二，“導”是指疏導河流水渠，以此使洪水水位下降。這兩種防洪策略得到五道梁遺存的印證，但被現(xiàn)代工程建設所干擾。

4.1 五道梁古代防洪體系

漢、魏晉時期，為了保護居民區(qū)和耕地、墓葬，建造了五道梁防洪工程[10]。它位于祁連山北、高臺縣城南的戈壁荒灘地帶，距今有2000多年的歷史，如圖3所示。東西方向筑有五道土壩，西起肅南縣明華區(qū)南部戈壁，東至臨澤縣南部戈壁，橫貫許三灣墓群和駱駝城墓群，東西方向長度大約70km，從南至北分布東西走向的五道高7m到2m不等的防洪壩和附屬導流渠。防洪壩主要作用于即可以阻擋洪水淹沒田地村莊，又可以向下游疏導引水灌溉農(nóng)耕區(qū)田地，充分利用洪水。五道梁在歷史上多次遭受山洪沖刷和20世紀以來修筑公路取土等影響，現(xiàn)地表遺跡已斷續(xù)不全，是古代水利工程遺址的一部分。

五道梁的走向為東西走向，與地形等高線大致平行，可見其修筑經(jīng)過了縝密的勘測與設計?，F(xiàn)在，最南側的一道防洪壩被祁連山洪水挾帶的泥沙所淤積，防洪壩南北兩側的高差達6m多。同時，此防洪設施具有明顯的阻擋洪水和疏導洪水的作用，有些地段還是科學疏導洪水的回形設計。

4.2 許三灣城及墓群防洪體系

暴雨季節(jié)，遺址區(qū)南部從祁連山而來的溝道洪水威脅許三灣城及墓群的安全。2007年起，許三灣城及墓群南部設計修建了防洪設施和排水系統(tǒng)，防洪堤與排洪溝相結合?？傮w上，防洪堤和排洪溝從西向東呈“一”字形，如圖4所示，把從蘭新鐵路的排洪建筑物下泄的溝道洪水攔截，向東全部泄入白水河。

許三灣城及墓群作為全國重點文物保護單位，依據(jù)《防洪標準》GB50201—2014的規(guī)定[11]，國家級文物古跡根據(jù)其文物保護對象的級別分為三個等級，故許三灣城址及墓群保護區(qū)防洪標準按一百年一遇洪水設計。防洪工程設計以疏導為原則，維護土遺址的保存環(huán)境，確保榆木山洪水不會對墓群和城址造成新的破壞;在滿足文物本體安全的前提下，考慮防洪工程對遺址環(huán)境的干擾程度。本次防洪設計解決的是多處零散的溝道洪水，但重點保護區(qū)內(nèi)無明顯排泄洪水的溝道，故可行的防洪措施是在蘭新鐵路和重點保護區(qū)之間平行于等高線修建防洪堤和排洪溝，通過逐級分流、疏導，攔截進入重點保護區(qū)的溝道洪水，從重點保護區(qū)側面選擇合適的排洪途徑，把匯聚的洪水排向安全的地方。

4.3 駱駝城防洪體系

駱駝城遺址位于季節(jié)性河流山水河的西岸，遺址主要受流經(jīng)山水河、白水河洪水的威脅。以山水河為主的多條溝河開始下切平原，并于遺址北部逐步匯合而成山水河，尾水流入黑河。其中：在遺址的東側及東南側有山水河主溝和支溝兩條，于城郭東南角處匯合，由于側向沖刷嚴重，河道彎曲多變，目前已逼近遺址城墻腳下;遺址西北部有白水河發(fā)育，特別在北部已將部分城池切割而去，河道深度3m左右，寬度60—100m左右，向下即與山水河匯合，如圖5所示。

新中國成立以來，為保護駱駝城免遭洪水威脅，根據(jù)保護區(qū)洪水匯入的范圍，駱駝城遺址周圍設計了以下防洪設施，構成了較為完備的防洪體系建設。

（1）1956年，高臺縣在駱駝城遺址的南面修建了一條西干渠防洪壩，長達6.8km，目的就是保障下游的駱駝城遺址以及駱駝城鄉(xiāng)的農(nóng)田、村莊等不受山洪侵害，有效地阻止從南部祁連山北麓榆木山而來的洪水對駱駝城遺址的威脅。

（2）20世紀80年代，在駱駝城遺址西墻西側的沖溝底部有一條漿砌塊石防洪堤，出露高約1m，這在一定程度上遏制了洪水對駱駝城遺址本體城墻的侵蝕沖刷。但由于近年的淤積作用，防洪堤遠離城墻的一側淤積了大量泥沙，靠近駱駝城城墻一側堆積了大量風化崩塌堆積物，可見防洪堤有效防止了洪水使沖溝向城墻擴展。

（3）2003年起，在駱駝城遺址的東南方向——山水河東支流段內(nèi)以及北側白水河內(nèi)側修建了兩條防洪堤壩，通過此措施，阻止了暴雨時期許三灣遺址南部壩堤泄入白水河上游的洪水和河內(nèi)本身水流猛漲對遺址的危害，有效解決了洪水可能會對駱駝城造成的毀滅性破壞問題。

5 駱駝城水患治理工程

5.1 沖溝回填整治工程

駱駝城所在區(qū)域形成的洪水長年對古城址內(nèi)外及城墻產(chǎn)生沖刷作用，暴雨洪流沖刷已經(jīng)在駱駝城內(nèi)、城外形成數(shù)條大面積沖溝。沖溝在北城、南城均有分布，主要為三條：西墻西側沖溝（C1），北城沖溝（C2），南城東南角沖溝（C3），如圖4所示。其中，C1沖溝是一條寬度大、深切的“U”型沖溝，側壁陡立，橫穿古城墻;C2沖溝上發(fā)育有4條大的支溝;C3沖溝的匯水范圍較廣，在南城東北角甕城處破壞墻體，形成泄水口。以上的深大沖溝對現(xiàn)存城墻的穩(wěn)定性構成了嚴重威脅，且對駱駝城的原始風貌造成不良影響。

針對駱駝城遺址的深大沖溝，2014年開始沖溝地質(zhì)災害整治工程，本著以不破壞文物和就近為原則，協(xié)調(diào)遺址保護區(qū)整體風貌的原則進行，因此，施工過程中需要減少對土遺址本體及周邊自然環(huán)境的工程干預，在設計中采用傳統(tǒng)的工藝和材料，保證文物環(huán)境的原始狀。

治理措施設計為：沿現(xiàn)有沖溝布設集水井及鋪設排水管道，然后對沖溝進行回填，即對鋪設的排水管道進行填埋。針對沖溝回填設計，將回填土料分為兩層，下層選取料場的砂礫石土，有利于排水;上層50cm選取與城內(nèi)地面土壤相近的粉土，以便維持遺址的整體風貌。取土位置選在在駱駝城南1公里以外防洪大壩南側，作為取料場，既在重點保護區(qū)外，又滿足就近的條件?；靥钔戤吅螅诨靥钔馏w表面鋪設5cm厚的散土以保證景觀的一致性，不留下明顯的人為施工痕跡。

5.2 城內(nèi)積水治理工程

暴雨過后，雨水可在駱駝城內(nèi)形成積水。在干燥的氣候環(huán)境下，駱駝城遺址內(nèi)低洼區(qū)的積水始終在持續(xù)不斷地蒸發(fā)，土中的鹽分隨著毛細水上升也移到地表處，并在地表匯集，造成了地表鹽堿化現(xiàn)象，尤其在宮城內(nèi)鹽分的富集非常顯著，產(chǎn)生了黃色與白色的鹽層，導致地面比較松軟;此外，鹽分會造成土建筑遺址材料的顆?；?、散體化，進而導致本體城墻基礎持續(xù)凹進，隨時間推移極易造成上部土遺址的錯落與傾倒，最終威脅遺址的整體安全。

排水設施建設是基于周圍沖溝回填工程進行的，主要設計為：沿古城內(nèi)現(xiàn)有沖溝（C1、C2、C3）布設集水井并與排水管道連接將城內(nèi)積水排出，同時對突發(fā)性降雨引起的小范圍洪流起到疏導和排泄的作用。集水井設置盡量利用現(xiàn)有城內(nèi)沖溝地形，且優(yōu)先設置在沖溝交匯處;為防止地表土體流失，在集水井中設有反濾層。此外，在沖溝前緣可設截水溝或攔水土堤進行引導。

C3沖溝匯水范圍較廣，所以此處設置排水渠，水渠上方鋪設鋼筋混凝土板，設置成觀光步道;對于城外回填沖溝處設置淺埋排水管，利用現(xiàn)有城外沖溝地形，排水管位于沖溝低洼處，與集水井相連，構成完整的排水體系;對于回填砂卵礫石厚度大的沖溝回填區(qū)，可不設置排水渠，利用砂卵礫石良好的透水性使雨水下滲。

6 結 論

（1）駱駝城遺址區(qū)位于祁連山前傾斜平原的特殊地理位置，使祁連山洪水對遺址區(qū)產(chǎn)生威脅，同時遺址區(qū)南部的現(xiàn)代工程建設對分散的小股洪水進行合并，一定程度上加劇了洪水對遺址區(qū)的破壞。

（2）漢、魏晉時期的五道梁防洪壩，其功能一是阻擋洪水淹沒耕地，二是向下游疏導引水灌溉田地，充分利用洪水。

（3）2007年起，針對許三灣城及墓群的防洪措施，設計采用防洪堤與排洪溝相結合的形式，攔截從南部而來的洪水，向東全部泄入白水河。

（4）針對駱駝城遺址的防洪問題，設計在駱駝城遺址的西墻西側、北側白水河內(nèi)、東南方向山水河內(nèi)和遺址南側修建完備的防洪體系。

（5）針對駱駝城遺址形成的沖溝侵蝕、城內(nèi)積水問題，整治設計為：沿現(xiàn)有沖溝布設集水井及鋪設排水管道，然后對沖溝進行回填。針對沖溝回填，設計回填土料分為兩層，下層選取砂礫石土，上層50cm選取與城內(nèi)地面土壤相近的粉土。

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